矩阵的奇异值分解

线性代数中,我们所说的矩阵的特征分解,即为:

A=Vdiag(\lambda)V^{-1}

然而,要满足特征分解,矩阵必须为方阵,否则无法直接求解特征值。

对于一般矩阵,我们如果也要对其进行分解成3个矩阵乘积A= UDV^T,其中Am*n的矩阵,U
m*m的方阵,Dm*n的矩阵,Vn*n的矩阵。

矩阵如何分解呢?首先,它应该满足一个条件,它是方的!那么如何把矩阵变成方针呢?

一个矩阵乘以它的转置即为方阵。

那么接下来的分解就是对与构造方阵的分解。还是特征分解的老步骤。这里,先提一下,A^TA是半正定矩阵:x^T(A^TA)x=(Ax)^TAx=|Ax|^2\geq0

(A^T A)_{n*n}=U^TD_1U \\
(A A^T)_{m*m}=V^TD_2V

由于A^T A, AA^T满足矩阵交换乘积,有tr(A^T A)=tr(A A^T),且r(A^T A)=r(A A^T)

我们可以设D_1的特征值为\lambda_1, \lambda_2,...,\lambda_n,设D_2的特征值为u_1, u_2,...,u_m,且不为0的特征值个数相等。因此,有

\Rightarrow A_{m*n}=V^T_{m*m} \left[\begin{matrix} \lambda_1^{\frac{1}{2}} & \\ & \lambda_2^{\frac{1}{2}} \\ & & \ddots \end{matrix}\right]_{m*n} U_{n*n}

矩阵半正定,特征值非负,可以开根号。特征值从右上角开始写,直到写到最后一个非零特征值。其余元素均为0。


刚才提及的是矩阵的奇异值分解的方法,现在我们初步看一下这个方法在降维中的应用。

V^T = (v_1,v_2,...,v_m),U^T = (u_1,u_2,...,u_n)\lambda _i为矩阵对角线元素。

奇异值分解后的矩阵可以表示为:

A_{m*n}=\lambda_1^{\frac{1}{2}}v_1u_1^T+\lambda_2^{\frac{1}{2}}v_2u_2^T+\lambda_3^{\frac{1}{2}}v_3u_3^T+...

令特征值从大到小排列,意味着前面的较大的特征值保留了矩阵较为重要的特征,后面的较小的特征值保留了矩阵比较细节的特征。以图像的压缩为例子:

压缩钱图像矩阵为m*n,意味着参数有m*n个,只取前K个特征值,参数有(m+n+1)*K。误差为:error=1-\frac{\sum_{i=1}^{k} \lambda_i}{\sum_{i=1}^{min(m,n)}\lambda_i}

也可以用作在神经网络的加速运算,之后提及。

下面是图片压缩的例子(转自知乎@DeepWeaver)

保留了前10个特征值(压缩率122)
保留前30个特征值(压缩率31)
保留前50个特征值(压缩率17)
保留97个特征值,几乎为原图的一半
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 203,098评论 5 476
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,213评论 2 380
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 149,960评论 0 336
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,519评论 1 273
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,512评论 5 364
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,533评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,914评论 3 395
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,574评论 0 256
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,804评论 1 296
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,563评论 2 319
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,644评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,350评论 4 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,933评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,908评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,146评论 1 259
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,847评论 2 349
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,361评论 2 342

推荐阅读更多精彩内容